M2M : Les Machines parlent aux Machines Vue d'ensemble Automates d'états ISA / OMAC Jean Vieille, Control Chain Group j.vieille@.controlchaingroup.fr www.controlchaingroup.com IN MACHINE' 2009 Paris - La Défense 26 novembre 2009 1 Agenda Du Big-Bang à la Machine Ø Matière-énergie-information Ø Complexité Ø Interactions M2M Ø Définition Ø Applications Ø Technologies Travaux ISA et OMAC Ø ISA et OMAC Ø Orchestration et Chorégraphie Ø Automates d'état ISA / OMAC Conclusion 2 La trilogie Energie ­ Matière ­ Information Energie (1 ) Pl s e as u m iq Adapté de Tom Stonier ) (3 ns tio a di Ra m ro ct le Energie é a ét gn a de organisée rti cu le s Matière chaude pa Matière organisée fo nd am en ta le s Information (2) Cristal à 0°K Matière 3 Action de l'information d'un système physique Information Processing Information Energie Entropy Energie Negentropy System Matière Matter 4 Complexité Complication Ø Il faut du temps et du talent pour comprendre l'objet d'étude Complexité Ø beaucoup d'intrications, § « tout est lié » § On ne peut étudier une petite partie du système de façon isolée Ø Mesure de la richesse structurelle ­ informationnelle § Mesure de l'Intelligence 5 Complexité = niveau informationnel Energie Sy s si tèm m e pl e Système complexe Information Matière 6 Conséquences de la complexité : Intelligence Propriété émergentes : 1+1 > 2 Ø Le système assemblé fait plus que chacune de ses parties Ø Un ensemble de machines élabore un produit inconnu à partir de l'étude de l'une des machines Chaoticité : Apparition de situations inattendues Ø Pannes, déviations, erreurs Ø Condition du progrès Auto-organisation : Evolution en fonction du contexte Ø Flexibilité, adaptabilité Auto-reproduction Ø Processus de maturation ­ limite asymptotique au progrès Ø Processus de vieillissement ­ Destinée entropique Ø L'organisme se reproduit ­ avec de nouveaux composant Ø L'organisme se multiplie ­ pour garantir sa survie 7 Conditions de la complexité Interactions Ø De nombreux composants interagissent non linéairement Plusieurs niveaux Ø Usine, Atelier, Unité, machine, actionneurs Coopération/Compétition Ø Interne/Externe 8 Interactions: la clé de la complexité Sans interactions, la notion de système se réduit à ses parties Ø Un service commercial indépendant reçoit les commandes, l'atelier fabrique ce qu'il veut Ø Une machine et son opérateur travaillent de leur propre chef sans tenir compte de la planification ni du reste de l'atelier Types d'interactions Ø Hiérarchiques : un composant « maitre » - de niveau supérieur pilote des composants « esclaves » - de niveau inférieur § Toujours Déterministe ­ ne favorise pas la complexité Ø Transversales : des composants ­ « agents » - de même niveau interagissent ­ se surveillent et se commandent mutuellement § Introduisent l'indétermination ­ source de la véritable complexité Types d'interactions Ø Synchrones : influe le comportement actuel d'un composant Ø Asynchrones : influe le comportement futur d'un composant 9 Agenda Du Big-Bang à la Machine Ø Matière-énergie-information Ø Complexité Ø Interactions M2M Ø Définition Ø Applications Ø Technologies Travaux ISA et OMAC Ø ISA et OMAC Ø Orchestration et Chorégraphie Ø Automates d'état ISA / OMAC Conclusion 10 Définition M2M Un domaine de l'interopérabilité Ø B2B, C2C, B2C, B2M, ... Objectif : permettre aux « machines » d'interagir directement Ø Au-delà de la seule supervision d'un contrôleur central § Interactions hiérarchiques déterministes Ø Favoriser les interactions transversales complexifiantes Intérêt Ø Décentralisation des traitements (automatisation modulaire) Ø Faciliter l'intégration des machines Ø Fiabiliser les interactions avec l'environnement Ø Favoriser l'adaptabilité et la flexibilité Attention Ø Le concept est récupéré par les acteurs des télécoms dans un sens beaucoup plus large (télésurveillance en particulier) 11 Applications Hors usine Ø Logistique § Traçabilité, Caddie électronique Ø Transport § Géolocalisation § Détection de radar, Anti-collision § Télépéage Ø Immotique / Domotique § Contrôle d'accès § Robots ménagers Dans l'usine Ø Equipements mobiles Ø Conditionnement et manutention Ø Cellules auto-configurables, 12 Technologies industrielles Détection, identification Ø RFID Traitements Ø Blocs fonctionnels IEC61499 Ø Contrôle procédural ISA-88 Ø Agents Ø Automates d'états ISA88, PackML Ø MEMS (Microsystèmes ElectroMécaniquesS Communications Ø Support du transport de l'information : ISA100 (technologies sans fil industrielles) Ø Format de transport de l'information : XML Ø Expression canonique des messages : ISA95 Ø Définition sémantique des données : IEC11179 13 Agenda Du Big-Bang à la Machine Ø Matière-énergie-information Ø Complexité Ø Interactions M2M Ø Définition Ø Applications Ø Technologies Travaux ISA et OMAC Ø ISA et OMAC Ø Orchestration et Chorégraphie Ø Automates d'état ISA / OMAC Conclusion 14 ISA et OMAC: 2 associations professionnelles ISA: The International Society of Automation Ø www.isa.org Ø Tous les secteurs du contrôle industriel § Publications, expositions Ø Sections locales www.isa-france.org Ø Développement de normes ANSI www.standards-isa.fr § ISA88 www.isa88.org OMAC: Organization for Machine Automation and Control Ø www.omac.org Ø Membre de l'Automation Federation supervisée par l'ISA Ø Processus discrets et machines Ø Principalement packaging § Make2Pack => ISA88 § PackML => ISA­TR88.00.02 15 Orchestration / Chorégraphie Métaphores musicale des Web Services Fonction N1.1 Fonction N1.1 Fonction N2.1 Fonction N2.3 Fonction N2.1 Fonction N2.3 Fonction N3.1 Orchestration Interactions hiérarchiques Fonction N3.1 Chorégraphie Interactions transversales 16 Pilotage de machines Remplisseuse Encapsuleuse Etiqueteuse 17 Orchestration + Choregraphie Remplisseuse Encapsuleuse Etiqueteuse 18 Orchestration: hiérarchie physique ISA88 Source : ISA­TR88.00.02 19 Automate d'états : Première condition d'interopérabilité IDLE (Auto) TERMINATING Start · End Operator · External · Interruptio n M2 M1 M10 M9 M8 M7 M3 M4 · H2 H1 Operator · Trip H10 H9 H8 H7 Restart H3 H4 RUNNING M6 M5 HOLDING H6 H5 20 Automates d'états Connaitre l'état Commander Remplisseuse Encapsuleuse Etiqueteuse 21 ISA­TR88.00.02 OMAC PackML state diagram Un-Holding Un-Hold Held SC Holding SC Hold Idle Start Starting SC Execute SC Completing SC Complete SC SC Suspend Resetting Un-Suspending Un-Suspend Suspended SC Suspending Reset Reset Stop Abort Stopped SC Stopping Clearing Clear Aborted SC Aborting 22 TR02/PackML taxonomie UnitName Comman d UnitMode UnitModeChangeReq uest MachSpeed MaterialInterlocks CntrlCmd CmdChangeRequest RemoteInterface[#] Number ControlCmdNum ber CmdValue Parameter[#] ID UnitName.Command UnitName.Command.UnitMode UnitName.Command.UnitModeChangeRequest UnitName.Command.MachSpeed UnitName.Command.MaterialInterlocks UnitName.Command.CntrlCmd UnitName.Command.CmdChangeRequest UnitName.Command.RemoteInterface[#] PACKMLv 30 PMLc Int(32bit) Bool Real Bool Int(32bit) Bool Interface UnitName.Command.RemoteInterface[#].Number Int(32bit) UnitName.Command.RemoteInterface[#].ControlC Int(32bit) mdNumber UnitName.Command.RemoteInterface[#].CmdValu Int(32bit) e UnitName.Command.RemoteInterface[#].Paramete Descriptor r[#] UnitName.Command.RemoteInterface[#].Paramete Int(32bit) 23 r[#].ID Agenda Du Big-Bang à la Machine Ø Matière-énergie-information Ø Complexité Ø Interactions M2M Ø Définition Ø Applications Ø Technologies Travaux ISA et OMAC Ø ISA et OMAC Ø Orchestration et Chorégraphie Ø Automates d'état ISA / OMAC Conclusion 24 Conclusion L'interopérabilité à la base de l'intelligence des systèmes industriels L'intégration hiérarchique verticale est bien maitrisée L'intégration transversale entre machines est à ses débuts Ø L'acronyme M2M prend ici tout son sens Ø Des verrouillages simples ont toujours existé Premier pas : standardisation des commandes/états machine Ø L'ISA et l'OMAC ont publié PackML Ø Dédié au conditionnement D'autres travaux à venir ou à suivre: Ø Organisation du contrôle des équipements : future ISA-88 partie 5 Ø Blocs fonctionnels : IEC61499 Ø Approche sémantique extensible et répertoires taxonomiques élargis: ISO 15926 et ISO/IEC11179 25 MERCI Jean Vieille j.vieille@controlchaingroup.com www.controlchaingroup.fr 26